[发明专利]一种提高法兰在超低温状态下冲击吸收能量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料中合金元素、微量元素的含量及热处理工艺，具体涉及一种提高法兰在超低温状态下冲击吸收能量的方法。

背景技术

大型风电发电机的塔筒是由若干段筒体通过法兰连接而成，目前塔筒法兰的外经多为φ2000～φ5000mm，也有超过φ5000mm的，其法兰的直径应与塔筒的直径相对应，法兰的厚度一般在50～230mm，也有超过300mm以上的，法兰的壁厚一般在80～300mm，有的可达到450mm；大型风电发电机的塔筒法兰的整体重量在800～5000kg，重的可达7500kg。

目前用于连接大型风电塔筒的法兰，使用的材料都选用Q345钢。它是低合金高强度结构钢(C＜0.2％)，这种材料广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压力容器等。Q代表的是这种材质的屈服强度，后面的345，就是指这种材质的屈服强度值，在345Mpa左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。由于目前没有用于连接大型风电塔筒的法兰专用标准，则需要套用GB/T1591-94标准。而该标准规定只是用于一般结构和工程用低碳合金结构如钢板、钢带、型钢、棒钢等。所以其化学成分，力学性能等均按GB/T1591-94规定执行，而连接大型风电塔筒法兰与钢板、钢带、型钢、棒钢的生产情况、使用情况、取样方法、交货状态等不尽相同，在现实的法兰生产中出现了低温冲击吸收能量(KV₂)不合格，或一组试样散差大的情况。解剖大型风电塔筒法兰，在其心部取样实验时，甚至出现低温冲击吸收能量值仅达个位数的情况。因此有必要采取必要的措施，以提高法兰在超低温状态下冲击吸收能量的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种适用于在超低温状态下，用于连接大型风电塔筒的法兰材料，以及对该法兰的热处理工艺，使其法兰在超低温(-50℃)状态下冲击吸收能量的性能得到显著的提高。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是提供一种提高法兰在超低温状态下冲击吸收能量的方法，所述法兰是连接在大型风电塔筒上的法兰，其特征在于，所述方法包括：

选用Q345钢作为所述法兰的材质，且在所选用的Q345钢中控制元素的重量百分比含量，其中将碳的含量控制在0.12％～0.16％、将锰的含量控制在1.35％～1.6％、将细化晶粒微量元素铌和钒的含量分别控制在0.03％～0.05％、将固溶铝的含量控制在0.015％～0.030％、将杂质元素硫和磷的含量控制在小于等于0.010％；

在上述材质化学成分选定的基础上设定所述法兰的热处理工艺，所述热处理工艺为：依据法兰的公称厚度和环境温度分别采用出炉后空冷式正火工艺，或出炉后吹风冷却式正火工艺；或出炉后间隙式在水中冷却的正火方式再加回火的工艺；

所述公称厚度为：T=H×B]]>

式中：T-法兰的公称厚度，单位：mm；

H-法兰的高度，单位：mm；

B-法兰的壁厚，单位：mm；

所述法兰力学性能的取样部位设定在内环向外径方向20mm左右，所述取样的方向为切线方向，或为径向方向，或为轴向方向。

为了有效地使Q345钢材的韧脆转变温度得以降低，本发明优选的技术方案是，在所述法兰的材质中将锰与碳重量百分比含量的比值控制在10～15之间。

为了提高法兰的力学性能，尤其是低温冲击吸收能量，且均匀地提高和改善其金相组织结构，并使其晶粒度更细化均匀，本发明优选的技术方案还包括，所述出炉后空冷式正火工艺适用于法兰的公称厚度≤150mm，且环境温度低于15℃；所述出炉后吹风冷却式正火工艺适用于法兰的公称厚度＞150mm～220mm，且环境温度高于25℃；所述出炉后间隙式在水中冷却的正火方式再加回火的工艺适用于法兰的公称厚度＞220mm，且环境温度高于25℃。

为了提高法兰的力学性能，尤其是低温冲击吸收能量，且均匀地提高和改善其金相组织结构，使其晶粒度更细化均匀，本发明优选的技术方案还包括，所述吹风冷却是用鼓风机沿所述法兰的环形面进行吹风。